基于成组技术的工艺装备研究与应用

吴倩倩 沈阳飞机工业（集团）有限公司

随着经济和科技水平的快速发展，成组技术是一门工程技术科学，研究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它，即把相似的问题归类成组，设计解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。成组技术巧妙地把品种多转化为“少”，把批量小转化为“大”，将相似的工作和内容归并处理，来提高系统的柔性、可重构性、效率等。通过成组技术，生产中主要矛盾得到有条件的转化，多品种、小批量生产方式的经济效益将会显著提高。

一、工艺装备中应用成组技术的意义

航空制造业大多采用多品种、小批量、变状态的制造模式，新研产品迭代快，工艺装备的需求量逐年递增，但传统的工艺装备管理与使用方法伴随着大量的重复性工作，并且设计任务重，继承性差，不可重复利用，进而造成工艺装备的设计和制造费用大增，浪费和库存量都很大。此外，不同工装设计者对相同工序的工艺装备理解不同，缺乏规范，导致设计的工艺装备各异，设计制造周期长，生产现场使用的统一性和互换性差，造成机床调整时间长，加工质量不稳定。因此，对工艺装备实施“三化”，即标准化、系列化、模块化是非常必要的。采用成组技术，针对加工方法、安装方式和轮廓尺寸相同或相近的产品，可设计专用工艺装备；利用成组技术对工艺装备的基体、夹紧机构和传动装置、定位方式等进行相似性研究，可设计柔性化的工艺装备；利用成组技术，对相似的工作内容进行归并处理，提高成组批量，制造企业能更好地适应多品种、小批量生产，取得规模经济效益。

二、成组技术在工装设计中的应用

（一）成组技术在夹具设计中的应用

在夹具设计的过程中，首先应该按照零件的规格尺寸以及结构特征有针对性的进行排序，如在轴类零件中RD2 车轴、GKIG 型内燃机车车轴按照外径尺寸每相差5mm 来进行分类。在盘类零件中，圆形的上、下心盘、端盖、后挡，椭圆形的弯头法兰、三通法兰等，它们虽然外形差异较大，但其定位夹紧方式却是基本相似的，这些产品不仅要考虑其外形尺寸，还需将不同的加工余量因素考虑在内，最后根据夹紧力的大小及外形尺寸进行分类归组简化，进而在工装夹具他们虽然外形相差很大，所以在进行设计或者制造这些产品的过程中，不仅应该考虑其外形，而且还应该综合考虑产品的加工余量，进而在夹具设计的过程中采用成组技术，从而可以提高产品生产率。

（二）成组技术在工装设计中的应用

成组技术在工装设计中应用不仅可以缩短设计周期，减少劳动量。提高生产效率和产品的质量，而且对生产单件、小批量、多品种的产品设计进行优化，提高生产的效益。下面主要以液压支架立柱千斤顶的接长杆钻胎的设计为例进行分析成组技术在工装设计中的应用。液压支架最重要的零件技术立柱千斤顶的接长杆。对液压生产厂家来说，液压支架立柱千斤顶的接长杆是批量适中，并且比较常用的一种零件，一般的生产批量在200 到500 根左右，但是由于零件的尺寸比较大，在1.2m 到1.7m 左右，如果在制造的过程中采用组合夹具，会长期占用很多的装夹工具，并且组合夹具也会非常的大，导致生产不能连续进行。由于这种零件生产的繁杂型和特殊性，所以考虑采用成组技术进行色合计成组钻胎，以提高生产的效率和经济性。

三、成组工艺装备设计原则与装备数据库

（一）成组工艺装备设计原则

1）成组工艺装备应具有良好的可调性和结构紧凑性。工艺装备中的元件能够迅速、可靠地更换，使得零件组中任何零件的定位都准确，可靠。工艺装备的成组性要求根据零件的尺寸组设计结构相近且大小不等的成组夹具，以保证其结构的紧凑性。2）应明确同组零件的加工技术要求。工艺装备的成组化设计需要考虑零件组内最高加工技术要求和最低技术要求，以满足零件组内所有工艺装备的技术要求。3）设计的成组工艺装备应与零件的成组生产量相适应，在符合经济性要求下尽可能地提高成组工艺装备的使用频率。4）应考虑设计的标准化及可继承性。成组工艺装备的设计应尽量采用标准化的元部件、结构和装置，同时，在标准化、系列化的基础上应赋予其继承性，以适应产品不断更新换代及品种增多的需要。

（二）成组工艺装备数据库

基于成组工艺装备的设计原则，可搭建工装快速设计系统，建立标准件库、组件库、知识库等。C/S 知识库是基于CATIA 软件开发的，用于工艺装备的快速设计。快速设计建立在典型结构和标准化的基础上，而典型结构和标准化能够体现成组技术思想。根据成组技术，将典型结构做成知识体系并建立驱动规则，以便为后期的知识驱动奠定基础。在成组工艺装备数据库中，B/S 知识库无缝链接C/S 知识库。B/S 知识库包括资源库、公式库等，为工艺装备的设计提供常用的资料、标准及设计数据的存储等，同时提供可编辑的公式计算库，为成组工艺装备技术的实现提供平台。

四、结语

成组技术制造组织策略可帮助制造商高效应对HMLV 生产的挑战，山高澳大利亚分公司的DaveMorr 已对此进行了广泛的开发工作。传统的生产率提高策略（例如精益制造和六西格玛）确实能够带来一定改善，特别是在可对大量相同零件的加工工序进行微调的HVLM 生产中。然而，随着加工技术以及数字产品设计和管理的进步，高度多样化、小批量的制造日益增多。